Лекция 5 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОТОПЛЕНИЕ ВАГОНОВ

План:

5.1.Преимущества системы электрического отопления.

5.2.Виды электрического отопления.

5.3.Электрическое отопление при автономной системе электроснабже-

ния.

5.4.Электрическое отопление при централизованной системе электроснабжения.

5.5.Вопросы для самоподготовки.

5.1.Преимущества системы электрического отопления

Электрическое отопление вагонов имеет ряд преимуществ по сравнению с широко распространенным на железнодорожном транспорте водяным отоплением. Основными его преимуществами является возможность полной автоматизации работы системы отопления сравнительно простыми средствами. Кроме того, независимо от колебаний температуры наружного воздуха температура в вагоне поддерживается на заданном уровне. Она достигает установившегося значения гораздо быстрее, чем при водяном отоплении, вследствие меньшей тепловой инерции системы электрического отопления. Кроме того, электронагревательные приборы можно устанавливать там, где это наиболее рационально с точки зрения гигиены и эффективности отопления; обслуживание системы электрического отопления гораздо проще, чем водяного, так как отпадает необходимость в экипировке вагонов топливом его хранении транспортировке, а следовательно, вагоны не загрязняются продуктами его сгорания; замена котла водяной отопительной системы электронагревательными приборами позволяет снизить тару вагона и использовать котельное помещение для других целей.

Виды электрического отопления. На пассажирских вагонах могут быть использованы следующие виды электрического отопления: конвекционное, при котором электрические печи устанавливают непосредственно в пассажирском помещении; калориферное, при котором вагон отапливается воздухом, подава-

82

емым вентилятором через электрокалорифер, установленный в воздушном канале; радиационное, или панельное, при котором электронагревательные элементы (электропечи) монтируются внутри обивочных материалов пола и потолка вагона, обеспечивая их обогрев; электроводяное, в котором теплоносителем является вода, нагреваемая в электрическом котле и поступающая затем в трубы вагона.

Конвекционное отопление наиболее экономично, так как все выделенное тепло используется для обогрева. Однако оно не обеспечивает равномерного распределения температуры по всему помещению вагона.

Калориферному отоплению присущ тот же недостаток, так как воздух обычно подается сверху вниз, кроме того, электрокалориферы имеют низкий КПДд. К достоинствам этого вида отопления относятся: надежность питания нагревателей, размещенных в одном, месте, простота монтажа, проще выполнить требования техники безопасности.

Радиационное отопление обеспечивает равномерность прогрева воздуха, так как тепло излучается с поверхности всех стен, полов и др. Однако получить необходимое количество тепла с этих поверхностей в вагоне при низких температурах наружного воздуха трудно.

Ввиду указанных недостатков перечисленные виды электрического отопления в чистом виде применяются редко; их используют главным образом в странах с умеренным климатом. На пассажирских вагонах, эксплуатируемых в РФ, применяются только комбинированные системы отопления: водяное отопление с электрическим и конвекционно-калориферное. Эти системы обеспечивают нормальный температурный режим в вагоне и непрерывную подачу в зимнее время подогретого свежего воздуха.

Требования, предъявляемые к системе электрического отопления. Си-

стема электрического отопления должна:

–обеспечивать температуру в вагоне 20 ±2 °С при температуре наружного воздуха до –40 °С;

–автоматически включаться при температуре воздуха внутри вагона ниже +18 °С и выключаться при температуре выше +22 °С;

–поддерживать перепады температур по высоте и длине вагона в пределах 3 °С (температура поверхности пола в купе в зимнее время не должна быть ниже +15 °С, в туалетных – не ниже +18 °С);

83

–обеспечивать на поверхности изоляции обогревательных труб температуру не выше 50 °С;

–быть пожаробезопасной, не дымить, не загрязнять вагон, простой и удобной в эксплуатации.

5.3. Электрическое отопление при автономной системе электроснабжения

Смешанная система отопления. В пассажирских вагонах с кондиционированием воздуха, имеющих автономную систему электроснабжения, при водяной системе отопления трудно или почти практически невозможно достигнуть полной автоматизации процесса отопления. В то же время применение одного только электрического отопления невозможно вследствие ограниченной мощности системы электроснабжения. Поэтому наиболее целесообразно в таких вагонах иметь смешанное отопление – водяное и электрическое. В этом случае производительность водяного котла может быть выбрана несколько меньшей, чем в вагонах без электрического отопления. Электрическое отопление в таких вагонах состоит из группы электротропечей и электрокалорифера, установленного в воздушном канале, по которому воздух от вентилятора поступает внутрь вагона. Суммарная мощность электропечей и электрокалорифера не должна существенно превышать мощности, потребляемой холодильной установкой в летнем режиме работы генератора, т. е. примерно 10–15 кВт. Водяное отопление осуществляется подачей нагретой воды из котла в водяной калорифер, расположенный в воздушном канале, и в трубы, проложенные вдоль вагона.

Обе системы могут работать одновременно. В этом случае электрическое отопление служит для выравнивания небольших колебаний температурного режима, которые неизбежны при работе одного водяного отопления. В осенний и весенний периоды, когда водяная система отопления не работает, действует лишь электрическое отопление. Смешанная система отопления применялась на вагонах с кондиционированием воздуха, построенных в ВНР и ГДР. На вагонах установливались электропечи мощностью по 500 Вт, смонтированные в каждом купе под подоконным столиком, и электрокалорифер мощностью 5 кВт, состоящий из двух одинаковых секций.

84

Регулирование температуры. Система электрического отопления обычно полностью автоматизирована и сблокирована с работой системы вентиляции. Установка режимов отопления и охлаждения воздуха осуществляется специальным переключателем. В дальнейшем температура в вагоне поддерживается на заданном уровне с помощью термостатов, управляющих работой электронагревательных устройств. В системах автоматического регулирования температуры в пассажирских вагонах широкое распространение получили термостаты с ртутными термодатчиками. Такой термодатчик выполнен в виде ртутного термометра, в трубку которого впаяны контакты. При определенной температуре эти контакты замыкаются ртутью, в результате чего подается сигнал на включение или отключение контакторов, управляющих работой электронагревательных устройств. Так как ртутный контакт рассчитан на ток небольшой величины, он не может непосредственно включить и выключить катушку контактора, рабочий ток которой относительно велик. Поэтому в цепь ртутного контакта включается катушка промежуточного реле ПР, контакты которого введены в цепь питания соответствующего контактора.

Ртутный контактный термометр является датчиком реле ПР, которое усиливает поступающий от него сигнал управления. Как только температура воздуха внутри вагона достигает заданной ртутным столбиком термодатчика, подается питание на катушку реле ПР. В результате этого цепь катушки контактора размыкается и электронагреватели отключаются. При понижении температуры ртутный столбик термометра опускается и прерывает цепь между контактами. При этом реле ПР отключается и его размыкающие контакты включаются и замыкают цепь катушки контактора К, который снова включает электронагреватели.

Для защиты контактов термодатчика от подгорания при размыкании электрической цепи катушки реле ПР они зашунтированы диодом Д.

При размыкании цепи возникающие экстратоки замыкаются через диод; в то же время он не проводит ток при разомкнутом состоянии контактов термодатчика. Для увеличения периода времени между включениями и выключениями контактора К, т. е. электронагревательных приборов, используется иногда схема с двумя термодатчиками: Т1 для включения, а Т2 – для отключения. В этом случае при повышении температуры контакты термодатчика Т2 замыкаются раньше, чем Т1, на 2–4 °С. При достижении заданной температуры, при которой замыкаются контакты термодатчика Т1, срабатывает реле ПР, включа-

85

ются в цепь катушки контактора К и отключаются электронагревательные приборы. При снижении температуры и разрыве ртутным столбиком термодатчика Т1 цепь катушки реле ПР не прерывается, так как его замыкающие контакты создают обходную цепь питания реле ПР через контакты термодатчика Т2. Только после снижения температуры до величины, контролируемой термодатчиком Т2, цепь катушки реле ПР разорвется и включится цепь катушки контактора К; следовательно, включатся и электронагреватели. Аналогично работают приборы регулирования температуры воздуха и при кондиционировании, только воздействуют они на установку для охлаждения воздуха. При снижении температуры в этих вагонах можно подогревать воздух электронагревателями.

Чтобы по желанию пассажиров или обслуживающего персонала можно было изменить температуру нагревания или охлаждения воздуха, в вагонах устанавливается несколько таких термодатчиков с контактами, впаянными на разных уровнях шкалы. Установка на заданный режим отопления обычно производится путем переключения промежуточного реле UP с одного термодатчика на другой с помощью переключателя. Таким образом, количество термодатчиков в схеме автоматического регулирования температуры зависит от числа температурных режимов, которые предусмотрены в системе отопления. В некоторых случаях пользуются одним термометром с контактами, впаянными на разных уровнях. Для регулирования температуры срабатывания термостата иногда термодатчики помещают в электронагреватель, ток в котором можно регулировать с помощью реостата. Контакт термометра запаивается в этом случае не на уровне заданной температуры, а при температуре, значительно превышающей этот уровень (например, на 20–40 °С), поскольку уровень ртутного столбика в этой схеме зависит не только от температуры в вагоне, но и от температуры, создаваемой электронагревателем. Уставку срабатывания такого термодатчика можно регулировать увеличивая или уменьшая величину тока, проходящего по электронагревателю.

Группируя термометры в блоки для разных значений температуры, можно создавать различные схемы управления работой аппаратур включения и выключения электрических печей. Схемами управления часто предусматривается подача сигналов для сравнения температуры наружного и внутреннего воздуха, что определяет режим работы нагревателей или охладителей.

Обычно в системах автоматического регулирования температуры для управления работой электропечей ЭП и электрокалорифера Ж предусмотрены

86